淺談降低變壓吸附壓力波動(dòng)次數(shù)

鐘國(guó)強(qiáng)

（中海石油建滔化工有限公司，海南東方 572600）

中海石油建滔化工有限公司60萬(wàn)t/a甲醇裝置于2006年9月建成投產(chǎn)。甲醇裝置采用德國(guó)LURGI公司甲醇工藝技術(shù)，以高二氧化碳、高氮?dú)夂康奶烊粴鉃樵希?jīng)過(guò)蒸汽一段轉(zhuǎn)化為適合制甲醇的合成氣，再經(jīng)壓縮、合成、精餾等工序產(chǎn)出精甲醇。2018年6月，甲醇一期更換了變壓吸附的吸附劑后，變壓吸附壓力出現(xiàn)波動(dòng)，嚴(yán)重影響了裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。變壓吸附壓力波動(dòng)，造成轉(zhuǎn)化爐燃?xì)獗沉Σ▌?dòng)、轉(zhuǎn)化爐溫度波動(dòng)、變壓吸附入口壓力波動(dòng)、變壓吸附氫氣波動(dòng)和變壓吸附尾氣波動(dòng)等，該波動(dòng)可能會(huì)給裝置帶來(lái)跳車(chē)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，找到故障癥結(jié)，成為十分重要的問(wèn)題。

1 運(yùn)行概況

如圖1流程所示，合成回路送往變壓吸附的馳放氣，從吸附罐底部進(jìn)入，氫氣從罐頂部送出，一部分送往壓縮機(jī)參與合成反應(yīng)，一部分送往轉(zhuǎn)化單元加氫。尾氣從罐底部送入轉(zhuǎn)化爐作為燃料。變壓吸附技術(shù)是以吸附劑（多孔固體物質(zhì)）內(nèi)部表面對(duì)氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，所選用的吸附劑為多孔固體物質(zhì)，具有吸附容量大、解吸性能好、分離系數(shù)大、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。吸附劑都具有較大的比表面積，主要是以比表面對(duì)氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，并且利用吸附劑在高壓下易吸附高沸點(diǎn)組分（CO2），不易吸附低沸點(diǎn)組分（H2、N2和Ar等）和高壓下被吸附組分吸附容量增加，低壓下被吸附組分吸附容量減小的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)分離[1]。

圖1 變壓吸附工藝流程

2018年6 月檢修后，發(fā)現(xiàn)變壓吸附壓力出現(xiàn)波動(dòng)，針對(duì)變壓吸附壓力波動(dòng)的情況，對(duì)裝置檢修前后波動(dòng)情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和對(duì)比。

表1 更換前變壓吸附壓力波動(dòng)的情況

表2 更換后變壓吸附壓力波動(dòng)的情況

如表1、表2所示，在同等負(fù)荷下，更換后的波動(dòng)次數(shù)比更換前的波動(dòng)次數(shù)高近30次/d。

2 變壓吸附壓力波動(dòng)原因分析

2.1 壓縮機(jī)入口壓力波動(dòng)

壓縮機(jī)入口由兩種氣體來(lái)源，一種是前系統(tǒng)轉(zhuǎn)化單元供給的轉(zhuǎn)化氣，一種是變壓吸附氫氣，如果壓縮機(jī)入口壓力波動(dòng)，將影響變壓吸附出口氫氣壓力，可能對(duì)變壓吸附壓力造成影響。為了保證收集的數(shù)據(jù)真實(shí)有效，通過(guò)如下操作，排除其他因素可能帶來(lái)的干擾：

（1）將前系統(tǒng)轉(zhuǎn)化單元的負(fù)荷控制器投手動(dòng)控制，排除轉(zhuǎn)化氣的影響；

（2）將壓縮機(jī)入口壓力控制器投手動(dòng)控制，排除壓縮機(jī)本身影響。

表3 壓縮機(jī)入口壓力

如表3所示，壓縮機(jī)入口壓力存在輕微波動(dòng)現(xiàn)象，可以確認(rèn)該波動(dòng)是變壓吸附波動(dòng)影響到壓縮機(jī)入口壓力波動(dòng)，這條因素可以排除。

2.2 閥門(mén)本身波動(dòng)

變壓吸附曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)入口負(fù)荷調(diào)節(jié)閥波動(dòng)和閥芯脫落等現(xiàn)象，因此將變壓吸附入口閥門(mén)的實(shí)際閥位進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

表4 變壓吸附入口壓力和閥門(mén)開(kāi)度

如表4所示，變壓吸附壓力波動(dòng)時(shí)，入口閥門(mén)開(kāi)度沒(méi)有波動(dòng)，并且該閥門(mén)一直處于手動(dòng)控制，這條因素也可以排除。

2.3 合成回路壓力波動(dòng)

變壓吸附的氣體來(lái)源于合成回路，如果合成回路壓力波動(dòng)，將影響變壓吸附壓力，可能對(duì)變壓吸附壓力造成影響。為了保證收集的數(shù)據(jù)真實(shí)有效，通過(guò)如下操作，排除其他因素可能帶來(lái)的干擾：

（1）穩(wěn)定合成塔出口溫度，保證合成反應(yīng)穩(wěn)定。

（2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)期間不調(diào)整馳放氣流量，穩(wěn)定變壓吸附負(fù)荷。

（3）穩(wěn)定粗甲醇分離罐液位，防止液位波動(dòng)引起合成回路壓力波動(dòng)。

表5 合成回路壓力

如表5所示，合成回路壓力比較平穩(wěn)，這條因素也可以排除。

2.4 吸附劑帶液

變壓吸附氣體如果帶液，可能對(duì)吸附劑造成損壞，從而影響變壓吸附波動(dòng)。因此對(duì)變壓吸附入口氣體進(jìn)行了在線分析和手動(dòng)分析。

表6 合成回路氣體組分 %

如表6所示，通過(guò)2種分析手段進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)氣體中H2O均未檢出，CH3OH甲醇含量存在微量。調(diào)取更換新吸附劑之前的分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)CH3OH都微量的存在。經(jīng)過(guò)咨詢(xún)廠商，廠商認(rèn)為微量的CH3OH對(duì)吸附劑影響并不大，這條因素也可以排除。

2.5 循環(huán)水溫度高

調(diào)取了變壓吸附波動(dòng)期間循環(huán)水給水、回水溫度趨勢(shì)如表7所示，循環(huán)水給水溫度、回水溫度都比較穩(wěn)定，均在設(shè)計(jì)值之內(nèi)，該因素可能對(duì)循環(huán)量存在很大因素的影響。。

2.6 氫氣純度高

7月2日，16：00—22：00期間，PSA系統(tǒng)是更換吸附劑之后首次出現(xiàn)六塔穩(wěn)定運(yùn)行。梳理了和它可能相關(guān)的因素，發(fā)現(xiàn)變壓吸附壓力與以下幾個(gè)方面有關(guān)系：

（1）變壓吸附穩(wěn)定期間，六個(gè)罐吸附時(shí)間都一致。時(shí)間不一致后，吸附壓力就開(kāi)始波動(dòng)。

（2）變壓吸附壓力從波動(dòng)到穩(wěn)定，出口氫氣溫度總是先升高。

（3）變壓吸附氫氣純度在98%～99%左右，吸附壓力趨于穩(wěn)定，高于99%以上開(kāi)始波動(dòng)。

如圖2、3所示，變壓吸附純度下降后，變壓吸附的時(shí)間也開(kāi)始一致，波動(dòng)開(kāi)始減小。為了驗(yàn)證答案是否真實(shí)，又收集了一些數(shù)據(jù)，2018年7月3日12：50到2018年7月5日20：00，這期間的吸附時(shí)間和氫氣純度跟答案基本一致，該因素可能造成變壓吸附壓力波動(dòng)。

圖2 氫氣純度下降

圖3 變壓吸附吸附時(shí)間開(kāi)始一致

3 處理過(guò)程

3.1 調(diào)整變壓吸附操作系數(shù)

（1）主控人員調(diào)整HC025105操作系數(shù)（0.5～1.2），更換之前操作系數(shù)控制在0.65左右

（2）增加操作系統(tǒng)是增加吸附時(shí)間，氫氣純度下降，氫氣流量上升

（3）減少操作系統(tǒng)是減少吸附時(shí)間，氫氣純度上升，氫氣流量下降

改善前后的對(duì)比見(jiàn)圖4。

圖4 改善前后的對(duì)比

表8 調(diào)整后變壓吸附波動(dòng)情況

如表8所示，經(jīng)過(guò)調(diào)整變壓吸附操作系數(shù)，氫氣純度從99.9%降至98.3%，波動(dòng)次數(shù)由35次/d降至4次/d，該方法有效地降低了變壓吸附壓力波動(dòng)次數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)變壓吸附操作系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，變壓吸附壓力波動(dòng)次數(shù)得到了降低。雖然沒(méi)有完全解決問(wèn)題，但是找到了影響它的主要因素。下一步將對(duì)變壓吸附的操作系統(tǒng)進(jìn)行更換，徹底解決變壓吸附壓力波動(dòng)的問(wèn)題，為整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。